KR200192151Y1 - 피티씨소자를 이용한 발열기구의 발열체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 액체를 가열하는 데 사용할 수 있도록 PTC소자를 이용해 발열체를 만든 것으로, 일정두께로 배치되어 전기 전원의 인가로 정온을 발열시키는 복수개의 PTC소자(4)들과; 이 PTC소자(4)들을 고정공(5a)에 끼워 고정시키며 전기적으로 절연토록 하는 지지판(5)과; 상기 PTC소자(4)의 양측전극면(4a)에 밀착되며 전선(9)에 연결되어 전원을 인가토록 하는 단자판(3)과; 이 단자판(3)의 외측으로 위치되어 외부와 전기 절연토록 하는 절연판(2)들과; 상기 절연판(2) 및 그 내부에 배치되는 PTC소자(4)의 외부를 밀폐시키도록 그 외주면을 따라 접합되는 한쌍의 상하측 하우징(1a)(1b)과; 상기 상측 하우징(1a)에 하측 하우징(1b)을 관통하여 상하측 하우징(1a)(1b)이 밀착토록 부착되는 고정볼트(6)와; 이 고정볼트(6)와 전선이 통과할 수 있도록 구멍(12)(13)이 만들어지고 밀착시 밀봉을 위해 O링(8) 설치용 홈(13)이 파여지는 볼트(7)를 구비하여, 자체적으로 전원제어 기능이 수행되므로 소자의 온도가 항상 일정하게 유지되어 과열로 인한 화재등을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내식성과 내구성이 우수하여 수명을 연장할 수 있는 등의 유용한 고안인 것이다.

Description

피티씨소자를 이용한 발열기구의 발열체

제1도는 본 고안의 분해 사시도.

제2도는 본 고안의 종단면도.

제3도는 본 고안의 케이스판 상세도.

제4도는 본 고안의 볼트 사시도.

제5도는 PTC소자의 저항-온도 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 2 : 절연판

3 : 단자판 4 : PTC소자

5 : 지지판 6,7 : 볼트

본 고안은 액체를 가열하는 데 사용할 수 있도록 PTC소자를 이용해 발열체를 만든 것으로, 특히 증기 가습기에 유용히 적용될 수 있도록 고안된 것이다.

종래의 가습기는 모터의 회전력에 의하여 물을 튀겨주는 원심분무식과, 모터의 회전력에 의한 바람으로 물을 직접 기화시키는 기화식, 초음파 진동에 의한 초음파 진동식 및 니크롬선을 이용하여 물을 직접 끓여주는 전열식이 있었다.

그러나, 전자의 3가지 방식은 모터를 사용하므로 소음이 발생되고, 물속에 서식하는 각종 잡균 및 미세한 불순물이 함께 가습되는 문제점이 있고, 후자의 전열 방식은 물을 끓여 증기를 발생시켜 주므로 잡균 및 불순물을 살균시킬 수는 있으나 니크롬선은 전원 전압을 제어할 수 있는 자체 제어기능이 구비되어 있지 않으므로, 전원공급 능력에 따라 최대의 발열을 수행하게 되어 에너지의 소모가 클 뿐만 아니라, 과열에 의한 화재의 위험성이 내포되어 있다.

또, 상기와 같은 과열을 방지하기 위해서는 별도의 안전장치가 필요하게 됨은 물론, 산화로 인하여 가습기의 수명이 짧아지고, 증기 발생까지의 시간이 매우 오래 걸리게 되는 등의 폐단이 있었다.

이에 반하여, 정온특성을 갖는 PTC소자를 이용한 발열체는 가열속도가 매우 빨라 증기 발생가지의 시간을 대폭 줄일 수 있으며, PTC소자의 내식성과 내구성이 우수하여 가습기의 수명을 반영구적으로 연장할 수 있는 효과가 있다.

또, 세라믹 소자의 특성상 별도의 변압기가 필요치 않으므로 110V/220V에서 겸용할 수 있고, 또 자체적으로 전원제어 기능을 수행하므로 과열에 의한 화재등을 방지할 수 있는 것이며, 물을 끓여 증발시키므로 소음이 전혀 없을 뿐만 아니라 물속에 서식하는 잡균 및 불순물을 살균시켜 보다 위생적인 가습기를 제공할 수 있는 것이다.

따라서, 본원 출원인이 이러한 PTC를 이용한 발열로 증기를 발생시키는 장치를 국내 실용신안등록 출원(제94-6642호)한 바 있다.

그러나, 이 선출원된 발열체 장치의 경우, 그 외관이 좌우 대칭적인 모양이 아니므로 케이스판 제작 및 전체 어세이를 용접할 때 그 작업이 간단하지 않고, 또한 어세이 둘레를 용접할 경우 어세이에서 외부로 나오는 전선부위가 용접에 의한 열에 의해 타는 문제점이 있어 이에 대한 특별한 장치가 필요하다.

또, 수조와 체결되는 어세이의 부분이 단순한 모양이 아니라서 편리하게 분리 및 체결이 어려운 단점이 있었다.

본 고안은 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로 본 고안의 목적은, 물을 끓여 증기화시켜 주는 발열체로써 정온특성을 갖는 PTC소자 여러개를 이용하므로서, 가열속도가 니크롬선과 같은 히터보다 매우 빨리 증기발생까지의 시간을 대폭 줄일 수 있고, PTC소자의 내식성과 내구성이 우수하여 가습기의 히터 수명이 반영구적이며, 세라믹 소자의 특성상 별도의 변압기가 필요치 않으므로 110V/220V에서 겸하여 이용할 수 있도록 한 발열기구를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 자체적으로 전원제어 기능을 수행하므로 과열에 의한 화재등을 방지할 수 있으며, 물을 끓여 증발시키므로 소음이 전혀 없을 뿐만 아니라 물속에서 서식하는 잡균 및 불순물을 살균시킬 수 있도록 한 발열을 이용한 가습기를 제공하는 데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 단순하게 좌우대칭적인 모양으로 제작함으로서 발열을 필요로 하는 어떠한 기구라도 간단히 설치 및 분리가 가능하도록 하였고, 전선이 외부로 나오는 부분을 용접이 아닌 다른 방법을 사용함으로서 앞서의 단점을 해소할 수 있는 PTC소자를 이용한 발열체를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 위해서 본 고안은 일정두께로 배치되어 전기 전원이 인가로 정온을 발열시키는 복수개의 PTC소자(4)들과; 이 PTC소자(4)들을 고정공(5a)에 끼워 고정시키며 전기적으로 절연토록 하는 지지판(5)과; 상기 PTC소자(4)의 양측전극면(4a)에 밀착되며 전선(9)에 연결되어 전원을 인가토록 하는 단자판(3)과; 이 단자판(3)의 외측으로 위치되어 외부와 전기 절연토록 하는 절연판(2)들과; 상기 절연판(2) 및 그 내부에 배치되는 PTC소자(4)의 외부를 밀폐시키도록 그 외주면을 따라 접합되는 한쌍의 상하측 하우징(1a)(1b)과; 상기 상측 하우징(1a)에 하측 하우징(1b)을 관통하여 상하측 하우징(1a)(1b)이 밀착토록 부착되는 고정볼트(6)와; 이 고정볼트(6)와 전선이 통과할 수 있도록 구멍(12)(13)이 만들어지고 밀착시 밀봉을 위해 O링(8) 설치용 홈(13)이 파여지는 볼트(7)를 구비하여 구성되는 것이다.

따라서, 단위 크기로 된 하우징(1)을 발열이 필요로 하는 발열기구에 간단히 위치 고정하는 것에 의해 안전하고 우수한 발열효과를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

이와같이 구성된 본 고안의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

상기 PTC소자(4)는 정온특성을 갖는 세라믹 발열체로서, 제5도와 같은 저항-온도 특성곡선을 갖게 된다.

즉, PTC소자(4)의 온도가 큐리에 온도인 특정온도에 도달하였을시 소정의 저항값이 급격히 증가하여 주울열이 발생되므로 소자의 온도가 증가하고, 열발생으로 인해 소자의 온도가 상승하여 일정온도 이하에 도달하면 소자가 큰 부하로 작용하게 되므로 전류가 크게 감소되어 온도가 다시 감소하게 된다.

상기에서와 같이 PTC소자(4)의 온도가 감소하면 저항값이 다시 감소하고 주울열의 발생이 다시 증가하게 되는데 이와같은 과정은 아주 짧은 시간내에서 반복되어 PTC소자는 거의 일정한 온도를 유지한다. 그리고, 이 PTC소자(4)들을 원하는 발열용량에 맞추어 복수로 다수개를 설치하게 되는 데 도면에서는 예로서 6개가 동일 두께로 설치되는 것을 도시하고 있다.

상기 지지판(5)은 이 PTC소자(4)를 유동없이 설치될 수 있도록 지지하는 것으로 고정공(5a)들이 일정 간격을 유지하며 PTC소자(4)가 끼워고정될 수 있도록 그 직경이 일치되게 뚫어진다.

또, 이 지지판(5)은 소자에 전원을 공급하는 소자 양쪽에 위치하는 단자판(3)들의 전기적인 접촉을 방지할 수 있도록 절연체로 제작되는 데, 그 재질로는 운모판이 적합하다.

상기 단자판(3)은 전기전도도가 우수한 금속판 재료로 PTC소자(4)의 양측전극면(4a)에 접하여, 전선(9a)(9b) 통해 전기가 인가되도록 하는 것이다.

상기 단자판(3)에 전원을 인가해 주는 전선(9a)(9b)은 터미널 및 리벳을 사용하여 단자판(3)의 안쪽 구멍(3c) 근처에 체결되고 하우징(1b)의 아래쪽에 부착되는 볼트(7)에 있는 구멍(13)으로 통과되어 밖으로 연결되는 것이다. 또한 이러한 전선(9a)(9b)은 PTC소자(4)에서 나오는 열에 의한 변형이 없이 안정적으로 전원을 공급해 주어야 함으로 내열실리콘으로 피복된 전선을 사용하였다.

상기 단자판(3)은 PTC소자(4)에서 나오는 열을 외부로 충분히 공급할 수 있도록 열전도도가 좋고, 특히 제작할 때 밀착 작용에 의한 PTC소자(4)가 충격으로 깨질 우려가 있는데, 이러한 충격을 흡수하여 소자가 깨지지 않도록 하기 위한 것을 감안하여 다이캐스팅용 연질알미늄재를 선택하여 사용하였다.

상기 절연판(2)은 전극판(3)과 하우징(1)의 사이에 위치하여 상호 전기적으로 절연되도록 하는 것이다.

그리고, 상하 한쌍의 상하측 하우징(1a)(1b)의 밀착될 때 압착력에 의한 충격이 PTC소자(4)에서 나오는 열을 외부로 전달이 잘되는 즉, 열전도도가 좋고 가능한 한 얇은 재질이 바람직한데 이를 위해 절연필름을 사용하였다.

이 절연판(2)은 하우징(1)과의 확실한 절연을 위해 그 외주면 직경 크기를 전극판(3)의 크기보다 다소 크게 형성하여 하우징(1)의 내부 측면에서 입부 절곡되는 부위에 의해 측면부에 절연효과를 가질 수 있도록 하는 것이다.

상기 상,하 한쌍의 상하측 하우징(1a)(1b)은 상기 PTC소자(4)들을 포함한 절연판(2) 및 전극판(3)에 내부에 설치된 상태에서 외부를 콤팩트하게 감싸지게 하는 케이싱이다.

이러한 하우징(1)은 내부에 상기한 부속물들을 위치시킨 상태에서 높은 압착력으로 서로 밀착시킨 후, 그 외주면을 따라 발열체장치 안으로 물을 포함한 이물질등이 유입되지 않도록 서로 이어지게 둘레를 용접하게 한다.

그리고, 전선(9) 및 상하우징(1a)에서 나오는 고정볼트(6)가 외부로 연결될 수 있도록 하측 하우징(1b)에는 중앙에 구멍(1c)이 뚫어지는데 이것이 크기는 볼트(7)에 만들어진 O링홈(11)보다는 작고 전선(9)이 통과되는 구멍(13)보다는 크도록 되어있다.

이 상하측 하우징(1a)(1b)의 재질은 열전도도가 좋고 내식성이 강한 스테인레스 계열의 금속재를 사용하는 것이 바람직하고, 열에 의한 휨을 방지하고 사용하는 동안 일정한 밀착성을 계속 유지하기 위해 직선비드(10a)와 중앙에 원형 형상으로 원형비드(10b)를 각각 형성하는 것이 좋다.

이때 상기 직선비드(10a)는 중앙부를 중시므로 120° 간격으로 둘레에서 중심부로 향하게 형성하여 예로서 6개가 설치되는 PTC소자(4)를 2개씩 등분하여 위치될 수 있도록 하며, 그 중앙에는 내부를 향해 돌출부(10)를 각각 형성하여 상하측 하우징(1a)(1b)들이 각각 중앙에서 접할 수 있도록한 후, 이 상하측 하우징(1a)(1b)의 돌출부(10)를 밀착시키면서 상호 용접의 방법으로 접착되도록 하는 것이 바람직하다.

그 이유는 상하측 하우징(1a)(1b)이 중앙부에서 상하 서로 벌어지지 않고 견고하게 밀착되는 것에 의해 PTC소자(4)의 양측 전극면(4a)에 단자판(3)이 떨어지지 않고 항상 견고하게 밀착되는 효과를 가질 수 있기 때문이다.

제4도는 본 고안의 발열체 장치에 사용된 볼트(7)의 사시도이다.

이 볼트(7)에는 중앙부에 구멍(12)이 있고, 좌우에는 이보다 작은 구멍(13)이 있어, 중앙부 구멍(12)에는 상측 하우징(1a)에서 부터 나오는 고정볼트(6)가 통과하도록 되어있고, 양쪽의 좌우 구멍(13)은 단자판(3)에 연결된 전선(9)이 외부로 나오게 하는 것이다.

또한 이 볼트(7)의 하측하우징(1b)에 닿는 부분은 그 면의 둘레에 원형의 홈(11)을 만들어 이곳에 O링(8)이 위치할 수 있도록 하였다. 이 O링(8)은 볼트(7)와 하측 하우징(1b)의 밀착시 물로부터 완전한 밀봉이 되도록 하는 것이다.

그리고 이 볼트(7)의 표면에는 나사홈(7a)이 만들어져 어세이와 용기와의 체결시 이 나사홈(7a)에 나사를 체결함으로써 가능한 것이다.

한편, 상하측 하우징(1a)(1b)의 체결은 이 볼트(7)의 중앙부 구멍(12)를 통과하는 상측 하우징(1a)에서 나오는 고정볼트(6a)에 나사를 체결함으로서 가능하다. 이렇게 체결함으로 조립된 어세이를 밀착시키면서 용접을 하게 된 것이다.

이와같이 구성되는 단위 발열체는 발열을 필요로 하는 기구들, 즉 예로서 발열용 가습기 및 훈증기와 같은 용도가 콤팩트하게 제작된 상태에서 단지 고정하고 전기 배선하는 작업만으로 설치될 수 있어 그 사용 용도가 다양하게 되는 것이다.

또한, 설치비가 저렴하고 원하는 발열량으로 다르게 제작된 것을 선택하여 사용할 수도 있어 경제적이다.

그리고 PTC소자가 전극판 및 하우징에 밀착되어 있고 또한 전극판의 열전도도가 우수하므로 소자로부터 나온 열이 충분히 외부로 발열하게 되어 발열 효과가 증대된다.

또, 본 고안은 자체적으로 전원제어 기능이 수행되므로 소자의 온도가 항상 일정하게 유지되어 과열로 인한 화재등을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내식성과 내구성이 우수하여 수명을 연장할 수 있는 등의 유용한 고안인 것이다.

Claims (3)

1. 일정두께로 배치되어 전기 전원이 인가로 정온을 발열시키는 복수개의 PTC소자(4)들과; 이 PTC소자(4)들을 고정공(5a)에 끼워 고정시키며 전기적으로 절연토록 하는 지지판(5)과; 상기 PTC소자(4)의 양측전극면(4a)에 밀착되며 전선(9)에 연결되어 전원을 인가토록 하는 단자판(3)과; 이 단자판(3)의 외측으로 위치되어 외부와 전기 절연토록 하는 절연판(2)들과; 상기 절연판(2) 및 그 내부에 배치되는 PTC소자(4)의 외부를 밀폐시키도록 그 외주면을 따라 접합되는 한쌍의 상하측 하우징(1a)(1b)과; 상기 상측 하우징(1a)에 하측 하우징(1b)을 관통하여 상하측 하우징(1a)(1b)이 밀착토록 부착되는 고정볼트(6)와; 이 고정볼트(6)와 전선이 통과할 수 있도록 구멍(12)(13)이 만들어지고 밀착시 밀봉을 위해 O링(8) 설치용 홈(13)이 파여지는 볼트(7)를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 피티씨(PTC)를 이용한 발열기구의 발열체.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지판(5)은 운모판으로 구성됨을 특징으로 하는 피티씨(PTC)를 이용한 발열기구의 발열체.
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징(1a)(1b)의 중앙에는 돌출부(10)가 각각 돌출되어 상호 접합됨을 특징으로 하는 피티씨(PTC)를 이용한 발열기구의 발열체.